(一)发病原因
神经系统先天性发育异常的病因尚不完全清楚，可能为胎儿早期特别是胚胎发育期前3个月胎儿受到致畸因素的影响。病因通常可分为4组：①单基因突变，约占活婴的2.25‰;②染色体异常;③单纯外源性因素，如病毒或其他感染性因子、放射线或中毒等;④病因未明，约占病例总数的60%。
神经系统发育异常婴儿出生时即出现明显症状，或出生后在神经系统发育过程中逐渐出现症状。如果能将所有胎儿期已存在的疾病划分为遗传性和非遗传性(先天性)，将有助于临床医生和研究者深入认识这类疾病。然而，大多数疾病胚胎发育早期脑组织并无特征性病理改变，因此难以分类。例如，神经管未闭合性疾病脊柱裂(bifid spine)在一个家庭中可能出现几个病例，但利用目前的技术手段还不能确定是遗传因素起作用，还是外源性因素如叶酸缺乏在母亲连续妊娠期间影响几个胎儿。
神经系统先天性疾病按病因主要分为两类。
一类是子宫内脑和神经系统发育障碍，部分神经元的产生、移行和组织异常，导致出生后颅骨、神经组织及覆盖被膜畸形和精神发育迟滞，主要原因可能为遗传性，也有部分环境因素影响胚胎或胎儿。
另一类是胎儿分娩时产伤、窒息所致，由于头部遭受过度挤压或较长时间缺氧，导致脑组织损伤和发育异常。最终伴随幼儿一生的是受损伤结构及功能不良的脑，需要终身接受启智和功能矫正治疗。此外，先天性因素有时不易与后天性病因如产伤、窒息及新生儿期代谢紊乱鉴别，但已有先天性缺陷的胎儿更易受到产期或产后期不良环境因素的影响。
胚胎期特别是妊娠前3个月神经系统处于发育旺盛期，胎儿易受到母体内外环境各种致病因素侵袭导致发病。症状可出现于出生时，或在出生后神经系统发育过程中逐渐出现。本组疾病与遗传性疾病的区别是，病因更多为自身或环境性因素，而后者是由遗传基因决定。
(二)发病机制
先天性畸形是胚胎发育期受到上述某些外因或内因的作用，引起的发育上异常，在理论上应该与后天性损伤引起的发育失常有别，但对婴儿的作用和在诊断上，这些先天性因素有时不易和后天原因(如分娩时引起的脑产伤、窒息，新生儿期的代谢紊乱等)截然分开。有先天性缺陷的病婴，比正常婴儿更易受到产期和产后期环境因素的影响，例如脑性瘫痪、胆红素脑病，其发病机制可能是复杂的。
本组疾病常见致畸因素包括：
1.感染 母体受到病毒(风疹病毒常见)、细菌、螺旋体和原虫等感染，病原体透过胎盘侵犯胎儿，引起胚胎先天性感染或畸形，如先天性心脏病、脑发育异常、脑积水、白内障和先天性耳聋等。
2.药物 雄性激素、肾上腺皮质激素、苯二氮卓类和氮芥等已确认可使胎儿致畸
3.辐射 妊娠前4个月母亲下腹及骨盆部接受放射治疗或强γ射线辐射可引起小头畸形和小脑、眼球发育畸形。
4.孕妇患糖尿病、严重贫血或发生一氧化碳中毒等均可导致胎儿神经系统发育畸形，异位胎盘可导致胎儿营养障碍，羊水过多使子宫内压力过高，引起胎儿窘迫和缺氧;妊娠期孕妇心境抑郁、焦虑、恐惧、紧张及酗酒、吸烟等均影响胎儿发育。
病理表现：上述致病因素所引起的疾病，有的具有特异性征象，如伸舌痴愚(Down综合征);大多数疾病则为解剖上的畸形变异或功能障碍;或表现为非特异性障碍，如脑积水、脊柱裂、先天性白内障等。不同的病理表现可能与有害因素作用于胚胎发育的不同时期有关。